專利名稱：用于在初始啟動(dòng)時(shí)密封鑄錠的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及金屬的連鑄。更特別地，本發(fā)明涉及保護(hù)反應(yīng)性金屬在熔融時(shí)或在升高的溫度下不與大氣發(fā)生反應(yīng)的方法。具體地說，本發(fā)明涉及使用熔融金屬(諸如液態(tài)玻璃)來形成屏障，以阻止大氣進(jìn)入連鑄爐的熔融腔室，以及涂覆由這些金屬形成的金屬鑄件以保護(hù)金屬鑄件不被大氣侵蝕。
背景技術(shù)：
爐床熔融法、電子束冷爐床精煉(EBCHR)和等離子體弧冷爐床精煉(PACHR))最初是為了提高用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)部件的鈦合金的質(zhì)量而開發(fā)的。在該領(lǐng)域中，質(zhì)量的提高主要與有害顆粒(諸如高密度夾雜物(HDI)和硬的α粒子)的去除相關(guān)。最近，對(duì)EBCHR 和PACHR的應(yīng)用更多地集中在降低成本方面。影響成本降低的一些途徑在于增強(qiáng)對(duì)各種形式的輸入材料的靈活使用；形成單步驟的熔融工藝(例如，鈦的傳統(tǒng)熔融需要兩個(gè)或三個(gè)熔融步驟)；以及促進(jìn)產(chǎn)生較高的產(chǎn)品產(chǎn)量。鈦和其它金屬具有高反應(yīng)性，而且因此必須在真空或惰性氣體中進(jìn)行熔融。在電子束冷爐床精煉(EBCHR)中，在爐的熔融和鑄造腔室中保持高的真空度，以允許電子束槍操作。在等離子體弧冷爐床精煉(PACHR)方法中，等離子體弧炬使用惰性氣體(諸如氦或氬(一般為氦))來產(chǎn)生等離子體，因此，爐中的氣體主要是由等離子體炬所使用的氣體的部分壓力或正壓力構(gòu)成的。在任一種情況下，由與熔融鈦發(fā)生反應(yīng)的氧氣或氮?dú)鈱?duì)爐腔室造成的污染可能在鈦鑄件中引起硬α粒子缺陷。因此，在整個(gè)連鑄過程中，在爐腔室內(nèi)應(yīng)該完全或基本上避免出現(xiàn)氮?dú)夂脱鯕?。為了在?duì)鑄造過程的中斷程度最小且不用氧氣/氮?dú)?或其它氣體污染熔煉腔室的情況下允許從爐中取出鑄件，目前的爐采用了抽出式腔室。在鑄造工藝過程中，伸長的鑄件通過隔離閘閥從鑄模的底部移出并進(jìn)入抽出式腔室中。當(dāng)達(dá)到鑄件的合適長度或最大長度時(shí)，鑄件它通過閘閥從鑄模中完全抽出并進(jìn)入抽出式腔室中。然后，將閘閥關(guān)閉以將抽出式腔室與爐的熔煉腔室隔離開，從爐的下方移出抽出式腔室，以及取出鑄件。盡管可使用，但是這樣的爐具有若干局限性。首先，鑄件最大長度被限制成抽出式腔室的長度。此外，在將鑄件從爐中移出的過程中，必須要停止鑄造。因此，這樣的爐允許進(jìn)行連續(xù)熔融操作，但不允許連續(xù)鑄造。而且，鑄件的頂部通常包含在鑄件冷卻時(shí)形成的縮孔(管孔)。對(duì)鑄件頂部(通常稱為“熱頂”)進(jìn)行的受控冷卻可減少這些縮孔，但熱頂是一個(gè)耗時(shí)的過程，這會(huì)降低生產(chǎn)率。鑄件的包含縮孔或管孔的頂部部分是無不可用的材料， 這因此會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量損失。而且，由于在鑄件底部處的、附接至取件推出器上的燕尾榫，存在另外的產(chǎn)量損失。本發(fā)明通過密封裝置消除或明顯減少了這些問題，該密封裝置允許對(duì)鈦、超級(jí)合金、難熔金屬、以及其它反應(yīng)性金屬進(jìn)行連續(xù)鑄造，由此使得呈鑄錠、棒、板坯或類似形式的鑄件可從連續(xù)鑄造爐的內(nèi)部移動(dòng)到外部，而不會(huì)將空氣或其它外部大氣帶入到爐腔室中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種方法，所述方法包括下述步驟將間隔開的環(huán)形的第一密封構(gòu)件和第二密封構(gòu)件設(shè)置成鄰接通道壁內(nèi)周邊并且從所述通道壁內(nèi)周邊向內(nèi)徑向延伸，所述通道壁內(nèi)周邊限定出一通道，所述通道與包含有連鑄鑄模的內(nèi)部腔室連通并且與內(nèi)部腔室外面的大氣連通，所述通道包括位于鑄模和密封構(gòu)件之間的熔融密封儲(chǔ)存器；將鑄錠引錠器錠頭通過密封構(gòu)件和熔融密封儲(chǔ)存器插入內(nèi)部腔室中，以使得錠頭的上端設(shè)置在鑄模中，并且所述密封構(gòu)件中的每一個(gè)與引錠器錠頭的外周邊鄰接，以使得所述密封構(gòu)件中的至少一個(gè)與引錠器錠頭的外周邊形成基本上氣密密封；以及使惰性氣體運(yùn)動(dòng)進(jìn)入限定在所述密封構(gòu)件、引錠器錠頭的外周邊和通道壁內(nèi)周邊之間的第一空間中。本發(fā)明還提供了一種方法，所述方法包括下述步驟將環(huán)形的密封構(gòu)件設(shè)置成鄰接通道壁內(nèi)周邊并且從所述通道壁內(nèi)周邊向內(nèi)徑向延伸，所述通道壁內(nèi)周邊限定出一通道，所述通道與包含有連鑄鑄模的內(nèi)部腔室連通并且與內(nèi)部腔室外面的大氣連通，所述通道包括位于鑄模和密封構(gòu)件之間的熔融密封儲(chǔ)存器；將鑄錠引錠器錠頭通過密封構(gòu)件和熔融密封儲(chǔ)存器插入內(nèi)部腔室中，以使得錠頭的上端設(shè)置在鑄模中，并且密封構(gòu)件與引錠器錠頭的外周邊鄰接，并且與引錠器錠頭的外周邊形成基本上氣密密封，以阻止外部大氣經(jīng)由通道進(jìn)入內(nèi)部腔室中；在所述插入步驟之后從內(nèi)部腔室中將空氣抽空；用惰性氣體回填抽空的內(nèi)部腔室；將熔融金屬澆注到位于引錠器錠頭頂部的鑄模中，以便開始在引錠器錠頭頂部形成加熱的金屬鑄件，由此金屬鑄件和引錠器錠頭一起形成鑄錠；以及在鑄錠的外周邊周圍、在儲(chǔ)存器內(nèi)形成熔融密封，這阻止了外部大氣經(jīng)由通道進(jìn)入內(nèi)部腔室中，由此密封構(gòu)件和引錠器錠頭的外周邊之間的密封不再需要用于阻止所述外部大氣經(jīng)由通道進(jìn)入內(nèi)部腔室中。本發(fā)明還提供了一種爐子，所述爐子包括內(nèi)部腔室；在內(nèi)部腔室內(nèi)的連鑄鑄模； 通道壁，所述通道壁內(nèi)周邊限定出與內(nèi)部腔室連通并且與內(nèi)部腔室外面的大氣連通的通道；金屬鑄造路徑，所述金屬鑄造路徑從鑄模延伸穿過該通道，并且被構(gòu)造用于使加熱的金屬鑄件通過該金屬鑄造路徑從內(nèi)部腔室運(yùn)動(dòng)至外部大氣；間隔開的第一環(huán)形密封構(gòu)件和第二環(huán)形密封構(gòu)件，所述第一環(huán)形密封構(gòu)件和第二環(huán)形密封構(gòu)件可拆卸地設(shè)置在通道內(nèi)；所述環(huán)形密封構(gòu)件中的每一個(gè)具有內(nèi)周邊，所述內(nèi)周邊限定出橫截面形狀，內(nèi)周邊與金屬鑄造路徑的橫截面形狀基本上相同并且尺寸大約相同；限定在第一環(huán)形密封構(gòu)件和第二環(huán)形密封構(gòu)件、金屬鑄造路徑的外周邊和通道壁內(nèi)周邊之間的第一空間；以及與第一空間流體連通的惰性氣體源。


圖1是本發(fā)明的密封件與連續(xù)鑄造爐一起使用的剖視圖。圖2是與圖1類似的視圖，顯示出用熔融材料形成鑄錠的初始階段，該熔融材料從熔融/精煉爐床流入鑄模中，并被位于爐床和鑄模每一個(gè)的上方的熱源加熱。圖3是與圖2類似的視圖，顯示出在鑄錠被降低到舉升器(lift)上并且進(jìn)入密封區(qū)域中時(shí)形成鑄錠的另一階段。圖4是與圖3類似的視圖，顯示出形成鑄錠和在鑄錠上形成玻璃涂層的另一階段。圖5是圖4中用圓圈標(biāo)出的部分的放大圖，顯示出顆粒狀玻璃進(jìn)入液態(tài)玻璃儲(chǔ)存CN 102159345 A
說明書
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器中和形成玻璃涂層。圖6是鑄錠在從爐的熔煉腔室中移出之后的剖視圖，顯示出在鑄錠外表面上的玻璃涂層。圖7是沿圖6中的7-7線剖切的剖視圖。圖8是本發(fā)明的連鑄爐的示意性主視圖，顯示出鑄錠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、鑄錠切割機(jī)構(gòu)、以及鑄錠處理機(jī)構(gòu)，其中，新生產(chǎn)的、帶有涂層的金屬鑄件向下延伸到熔煉腔室的外部并由鑄錠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和鑄錠處理機(jī)構(gòu)支承。圖9與圖8類似，顯示出已經(jīng)被切割機(jī)構(gòu)切斷的一段帶有涂層的金屬鑄件段。圖10與圖9類似，顯示出切割段被降低以便于對(duì)它進(jìn)行處理。圖11是與圖8-10類似的放大的示意性主視圖，更詳細(xì)地顯示出本發(fā)明的供給系統(tǒng)。圖12是料斗、供給腔室、供料管和振動(dòng)器的不完整的放大的側(cè)視圖，其中，部分部件以剖面形式顯示。圖13是沿圖12中的線13-13剖切的剖視圖。圖14是沿圖11中的線14-14剖切的剖視圖。圖15與圖11類似，顯示出在使用本發(fā)明的熔融密封將啟動(dòng)組件用于鑄錠的初始形成中。圖16是從啟動(dòng)組件的真空密封凸緣側(cè)剖切的放大的剖視圖。圖17為沿著圖16中的17-17線剖切的剖視圖。圖18與圖15類似，顯示出引錠器鑄錠錠頭已經(jīng)被插入穿過真空密封凸緣并且進(jìn)入在熔煉腔室內(nèi)的連鑄鑄模中。圖19與圖18類似，顯示出在鑄錠引錠器錠頭頂部形成鑄錠的早期階段。圖20與圖19類似，顯示出鑄錠的形成和熔融密封的最初形成的另一階段。
具體實(shí)施例方式在圖1-5中，本發(fā)明的密封件總體由附圖標(biāo)記10表示，該密封件與連續(xù)鑄造爐12 一起使用。爐12包括圍繞熔煉腔室16的腔室壁14，密封件10布置在該熔煉腔室內(nèi)。在熔煉腔室16內(nèi)，鑄造爐12還包括熔融/精煉爐床18，該熔融/精煉爐床與鑄模20流體連通， 鑄模20具有基本圓柱形的側(cè)壁22，該側(cè)壁具有基本圓柱形的內(nèi)表面M，在該內(nèi)表面M內(nèi)限定出模腔26。熱源觀和30分別布置在熔融/精煉爐床18和鑄模20的上方，用于對(duì)反應(yīng)性金屬(諸如鈦和超級(jí)合金)進(jìn)行加熱，并使該反應(yīng)性金屬熔融。優(yōu)選的是，熱源觀和 30是等離子體炬，盡管也可采用其它合適的熱源，諸如感應(yīng)式加熱器和電阻加熱器。爐12還包括用于降低金屬鑄件34(參照?qǐng)D2-4)的舉升器或取件推出器32?？刹捎萌魏魏线m的取件裝置。金屬鑄件34可以呈任何合適的形式，諸如圓形鑄錠、矩形板坯或類似物。推出器32包括細(xì)長的臂36以及鑄模支承件38，該鑄模支承件38呈基本圓柱形板的形式，置于臂36的頂部上。鑄模支承件38具有基本圓柱形的外表面40，當(dāng)推出器32沿豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，該外表面40緊鄰鑄模20的內(nèi)表面M布置。在操作過程中，熔煉腔室16 包含有氣體42，該氣體42與可以在爐12中熔融的反應(yīng)性金屬(諸如鈦和超級(jí)合金)不發(fā)生反應(yīng)?？刹捎枚栊詺怏w來形成非反應(yīng)性的氣體42，特別是在使用等離子體炬的情況下，經(jīng)常使用氦或氬，最經(jīng)常使用的是氦。腔室壁14的外部是當(dāng)處于加熱狀態(tài)時(shí)與反應(yīng)性金屬發(fā)生反應(yīng)的氣體44。密封件10被構(gòu)造用于阻止反應(yīng)性的氣體44在反應(yīng)性金屬(諸如鈦和超級(jí)合金) 的連續(xù)鑄造過程中進(jìn)入熔煉腔室16中。密封件10還被構(gòu)造用于當(dāng)加熱的金屬鑄件34進(jìn)入反應(yīng)性氣體44中時(shí)保護(hù)該加熱的金屬鑄件34。密封件10包括通道壁或端口壁46，該通道壁或端口壁46具有基本圓柱形的內(nèi)表面47，在該內(nèi)表面47內(nèi)限定出通道48，該通道48 具有進(jìn)入開口 50和退出開口 52。端口壁46包括向內(nèi)延伸的環(huán)形凸緣M，該環(huán)形凸緣具有內(nèi)表面或圓周56。端口壁46的鄰近進(jìn)入開口 50的內(nèi)表面47限定出通道48的擴(kuò)大段或較寬段58，而凸緣M形成了通道48的變窄段60。在環(huán)形凸緣M的下面，端口壁46的內(nèi)表面47限定出通道48的擴(kuò)大出口段61。如下文所述，在爐12的操作過程中，在通道48的擴(kuò)大段58中形成用于熔融材料 (諸如液態(tài)玻璃)的儲(chǔ)存器62。顆粒狀玻璃或其它合適的可熔融材料(諸如熔鹽或爐渣) 的供應(yīng)源64與供給機(jī)構(gòu)66連通，該供給機(jī)構(gòu)66與儲(chǔ)存器62連通。密封件10還可以包括熱源68，該熱源68可以包括感應(yīng)線圈、電阻加熱器或其它合適的熱源。此外，絕熱材料70 可以環(huán)繞著密封件10布置，以有助于保持密封件的溫度。現(xiàn)在參照?qǐng)D2-5來描述爐12和密封件10的操作。圖2顯示出熱源觀被操作以使熔融/精煉爐床18內(nèi)的反應(yīng)性金屬72熔融。熔融的金屬72如箭頭A所示地流入鑄模 20的模腔沈中，并且最初通過操作熱源30來保持在熔融狀態(tài)。圖3顯示出當(dāng)另外的熔融金屬72從爐床18流入鑄模20中時(shí)，使推出器32如箭頭B所示向下縮回抽出。金屬72的上部部分73通過熱源30保持熔融，而金屬72的下部部分75開始冷卻以形成鑄件34的初始部分。當(dāng)推出器32向下抽出時(shí)，鑄模20的水冷壁 22將促進(jìn)金屬72的固化以形成鑄件34。大約在鑄件34進(jìn)入通道48的變窄段60 (見圖2) 中時(shí)，顆粒狀玻璃74從供應(yīng)源64經(jīng)由供給機(jī)構(gòu)66供給到儲(chǔ)存器62中。雖然鑄件34被充分冷卻而部分地固化，但它通常仍足夠熱，足以使顆粒狀玻璃74熔融以在儲(chǔ)存器62中形成液態(tài)玻璃76，儲(chǔ)存器62由鑄件34的外表面79和端口壁46的內(nèi)表面47來限定邊界。如果需要，可操作熱源68，以便通過端口壁46提供額外的熱量，從而有助于顆粒狀玻璃74的熔融，以確保液態(tài)玻璃76的供應(yīng)足夠和/或有助于將液態(tài)玻璃保持在熔融狀態(tài)。液態(tài)玻璃76 填充儲(chǔ)存器62和變窄部分60內(nèi)的空間，以便產(chǎn)生阻止外部的反應(yīng)性氣體44進(jìn)入熔煉腔室 16并與熔融金屬72發(fā)生反應(yīng)的屏障。環(huán)形凸緣M限定了儲(chǔ)存器62的下端邊界，并減小了鑄件34外表面79和端口壁46的內(nèi)表面47之間的間隙或空隙。由凸緣M形成的通道48 的變窄使得液態(tài)玻璃76能夠匯聚在儲(chǔ)存器62 (見圖幻中。儲(chǔ)存器62中的液態(tài)玻璃76熔池圍繞著金屬鑄件34延伸以與金屬鑄件的外表面79接觸，從而形成了環(huán)形的熔池，該熔池在通道48內(nèi)為基本圓柱形的。因而，液態(tài)玻璃76的熔池形成了液態(tài)密封件。在形成了該密封件之后，可以打開使非反應(yīng)性氣體42與反應(yīng)性氣體44分隔開的底部門(未示出)，以便能夠?qū)㈣T件34從熔煉腔室16中抽出。如圖4-5所示，當(dāng)鑄件34繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在液態(tài)玻璃流經(jīng)儲(chǔ)存器62和通道48 的變窄段60時(shí)，液態(tài)玻璃76涂覆鑄件34的外表面79。變窄段60減小了鄰近鑄件34的外表面79的液態(tài)玻璃76層的厚度或者使液態(tài)玻璃76層變薄，以便控制與鑄件34 —起退出通道48的玻璃層的厚度。然后，液態(tài)玻璃76充分冷卻以在鑄件34的外表面79上固化為固態(tài)玻璃涂層78。處于液態(tài)和固態(tài)形態(tài)的玻璃涂層78提供了保護(hù)性屏障，以阻止形成鑄件34的反應(yīng)性金屬72與反應(yīng)性氣體44發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)鑄件34仍然被加熱到允許進(jìn)行這樣的反應(yīng)的足夠溫度。圖5更清楚地顯示出顆粒狀玻璃74如箭頭C所示地行進(jìn)通過供給機(jī)構(gòu)66，進(jìn)入通道48的擴(kuò)大段58中，并進(jìn)入儲(chǔ)存器62中，在該儲(chǔ)存器中，顆粒狀玻璃74被熔融以形成液態(tài)玻璃76。圖5還顯示出當(dāng)鑄件34向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在通道48的變窄段60中形成液態(tài)玻璃涂層。圖5還顯示出在鑄件34與涂層78 一起運(yùn)動(dòng)經(jīng)過擴(kuò)大的出口段61時(shí)在通道48的擴(kuò)大出口段61內(nèi)、在玻璃涂層78與端口壁46之間的開放空間。如圖6所示，一旦鑄件34退出鑄造爐12到足夠程度，鑄件34的一部分可被切斷， 以形成任何期望長度的鑄錠80。從圖6和圖7中可看出，固態(tài)的玻璃涂層78沿著鑄錠80 的整個(gè)周圍延伸。因此，密封件10提供了阻止反應(yīng)性氣體44進(jìn)入熔煉腔室16中的機(jī)構(gòu)，并保護(hù)呈鑄錠、棒、板坯或類似形式的鑄件34免受反應(yīng)氣體44的侵蝕，同時(shí)鑄件34仍然被加熱至其仍與氣體44發(fā)生反應(yīng)的溫度。如前所述，鑄模20的內(nèi)表面M為基本圓柱形的，以便生產(chǎn)出基本圓柱形的鑄件34。端口壁46的內(nèi)表面47同樣為基本圓柱形的，以便產(chǎn)生用于儲(chǔ)存器62的足夠空間以及在鑄件34與凸緣M的內(nèi)表面56之間的空間，從而形成密封，而且在鑄件34向下通過時(shí)還在鑄件上提供合適厚度的涂層。但是，液態(tài)玻璃76能夠產(chǎn)生具有多種與圓柱形不同的橫截面形狀的密封件。鑄模的內(nèi)表面和鑄件的外表面的橫截面形狀優(yōu)選與端口壁的內(nèi)表面(特別是向內(nèi)延伸的環(huán)形凸緣的內(nèi)表面)的橫截面形狀基本相同，以使得鑄件與凸緣之間的空間足夠小以允許在儲(chǔ)存器中形成液態(tài)玻璃，并且足夠地?cái)U(kuò)大以提供足夠厚度的玻璃涂層，從而足以阻止在熱鑄件與爐外部的反應(yīng)性氣體之間的反應(yīng)。為了形成具有適于運(yùn)動(dòng)通過通道的尺寸的金屬鑄件，鑄模內(nèi)表面的橫截面形狀小于端口壁的內(nèi)表面的橫截面形狀?？梢詫?duì)密封件10和鑄造爐12進(jìn)行其它改變，這仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，爐 12可包括多于一個(gè)熔煉腔室，以使得材料72在一個(gè)熔煉腔室中熔融，并轉(zhuǎn)移到分開的腔室中，在該分開的腔室中，布置有連續(xù)鑄造鑄模，并布置有從該分開的熔煉腔室通向外部氣體的通道。此外，可縮短通道48以取消或基本上取消該通道的擴(kuò)大的出口段61。還有，用于容納熔融玻璃或其它材料的儲(chǔ)存器可以形成在通道48的外部，并與通道流體連通，由此允許熔融材料流入與通道48類似的通道中，以便形成用于阻止外部氣體進(jìn)入爐中的密封，并在金屬鑄件通過該通道時(shí)涂覆金屬鑄件的外表面。在這種情況下，供給機(jī)構(gòu)將與該可替代的儲(chǔ)存器連通，以允許固態(tài)材料進(jìn)入儲(chǔ)存器中以在該儲(chǔ)存器內(nèi)熔融。因此，可替代的儲(chǔ)存器可以設(shè)置作為用于固態(tài)材料的熔融位置。但是，密封件10的儲(chǔ)存器62較簡單，并使得更容易在金屬鑄件經(jīng)過通道時(shí)利用金屬鑄件的熱量將材料熔融。本發(fā)明的密封提供了提高的生產(chǎn)率，這是因?yàn)榭梢栽跔t的外部切斷一長度的鑄件，同時(shí)，鑄造過程不中斷地繼續(xù)進(jìn)行。此外，由于在切割時(shí)各個(gè)鑄件的暴露的部分不包含縮孔或管孔，且鑄件的底部不具有燕尾榫，所以產(chǎn)量得以提高。此外，因?yàn)闋t沒有抽出式腔室，所以鑄件的長度不再受到這種腔室的限制，因此，鑄件實(shí)質(zhì)上可以具有對(duì)于生產(chǎn)來說可行的任何長度。此外，通過使用合適類型的玻璃，涂覆在鑄件上的玻璃可為鑄件的隨后擠出提供潤滑。還有，當(dāng)隨后在進(jìn)行鍛壓之前對(duì)鑄件進(jìn)行加熱時(shí)，鑄件上的玻璃涂層可以提供屏障，以阻止鑄件與氧氣或其它氣體發(fā)生反應(yīng)。雖然本發(fā)明密封的優(yōu)選實(shí)施例已被描述為與玻璃的顆粒物一起使用以形成玻璃涂層，但也可以使用其它材料(諸如熔鹽或礦渣)來形成密封件和玻璃涂層。本發(fā)明的裝置和方法對(duì)于高反應(yīng)性金屬(諸如鈦)特別有用，當(dāng)反應(yīng)性金屬處于熔融狀態(tài)時(shí)，該高反應(yīng)性金屬與熔煉腔室外部的氣體的反應(yīng)性非常強(qiáng)。但是，該方法適用于任何等級(jí)的金屬，例如超級(jí)合金，其中，需要屏障來保持外部氣體處于熔煉腔室之外，以阻止熔融金屬暴露于外部氣體中。參照?qǐng)D8，進(jìn)一步地描述鑄造爐12。爐12顯示為處于在制造設(shè)施或類似物的底板 81之上的升高位置中。在內(nèi)部腔室16內(nèi)，爐12包括呈感應(yīng)線圈82形式的附加熱源，該附加熱源設(shè)置在鑄模20的下方且在端口壁46的上方。感應(yīng)線圈82圍繞在金屬鑄件34朝向通道壁46內(nèi)的通道行進(jìn)的過程中該金屬鑄件34所經(jīng)過的通路。因此，在操作過程中，感應(yīng)線圈82圍繞金屬鑄件34，且鄰近金屬鑄件的外周邊布置，以用于將金屬鑄件34的熱量控制在用于使它插入通道(熔池布置在該通道中)中的期望溫度。還有，在內(nèi)部腔室16內(nèi)設(shè)置有呈水冷管84形式的冷卻裝置，該冷卻裝置用于對(duì)顆粒材料的供給機(jī)構(gòu)或配送器的導(dǎo)管66進(jìn)行冷卻，以阻止顆粒材料在導(dǎo)管66內(nèi)熔融。管84 基本上為環(huán)形環(huán)，該環(huán)形環(huán)與金屬鑄件34在外面間隔開并與導(dǎo)管66接觸，以便在管84與導(dǎo)管66之間進(jìn)行熱傳遞，從而提供上述冷卻。爐12還包括呈光學(xué)高溫計(jì)86形式的溫度傳感器，該光學(xué)高溫計(jì)用于在熱檢測位置88處檢測金屬鑄件34外周邊的熱量，該熱檢測位置88在感應(yīng)線圈82附近并在端口壁 46上方。爐12還包括第二光學(xué)高溫計(jì)90，該第二光學(xué)高溫計(jì)用于對(duì)在端口壁46的另一熱檢測位置92處的檢測溫度，由此，高溫計(jì)90能夠估計(jì)出儲(chǔ)存器62內(nèi)的熔池的溫度。在腔室壁14的底壁的外部和下面，爐12包括鑄錠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或舉升器94、切割機(jī)構(gòu) 96以及取件機(jī)構(gòu)98。舉升器94被構(gòu)造成在需要時(shí)降低、升高、或停止金屬鑄件34的運(yùn)動(dòng)。 舉升器94包括第一提升輥100和第二提升輥102，它們?cè)跈M向上相互間隔開，并如箭頭A和 B所示可沿交替方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以提供金屬鑄件34的各種運(yùn)動(dòng)。因此，在操作過程中，輥100和 102相互間隔開的距離大致等于已涂覆的金屬鑄件和接觸涂層78的直徑。切割機(jī)構(gòu)96布置在輥100和102的下方，并被構(gòu)造用于切割金屬鑄件34和涂層78。切割機(jī)構(gòu)96通常是割炬，盡管也可采用其它合適的切割機(jī)構(gòu)。取件機(jī)構(gòu)98包括第一取出輥104和第二取出輥 106，它們以與輥100和102類似的方式在橫向上相互間隔開，且在金屬鑄件在輥之間運(yùn)動(dòng)的過程中同樣地與已涂覆的金屬鑄件的涂層78接合。如箭頭C和D所示，輥104和106能夠沿交替方向轉(zhuǎn)動(dòng)。參照?qǐng)D8-10，描述爐12的操作的其它方面。參照?qǐng)D8，熔融金屬如前所述被澆注到鑄模20中以生產(chǎn)出金屬鑄件34。然后，鑄件34沿著通路向下運(yùn)動(dòng)，該通路從鑄模20穿過由感應(yīng)線圈82限定的內(nèi)部空間進(jìn)入到由通道壁46限定的通道中。感應(yīng)線圈82、68以及高溫計(jì)86、90是控制系統(tǒng)的部分，用于提供最佳的條件以便在儲(chǔ)存器62中形成熔池，從而提供液態(tài)密封和涂層材料，該液態(tài)密封和涂層材料最終在金屬鑄件34上形成保護(hù)性屏障78。 更特別的是，高溫計(jì)86在金屬鑄件34的外周邊上的位置88處檢測溫度，而高溫計(jì)90在位置92處檢測通道壁46的溫度，以便估計(jì)出儲(chǔ)存器62內(nèi)的熔池溫度。該信息用于控制供應(yīng)給感應(yīng)線圈82和68的能量，以提供上述最佳條件。因此，如果位置88處的溫度太低，則向感應(yīng)線圈82供給能量以便加熱金屬鑄件34，從而使位置88處的溫度進(jìn)入期望范圍。同樣地，如果位置88處的溫度太高，則減小或切斷供應(yīng)給感應(yīng)線圈82的能量。優(yōu)選地，位置88 處的溫度保持在給定的溫度范圍內(nèi)。同樣，高溫計(jì)90對(duì)位置92處的溫度進(jìn)行估計(jì)，以確定熔池是否處于期望溫度。根據(jù)位置92處的溫度，可以增大、減小、或完全關(guān)閉供應(yīng)給感應(yīng)線圈68的能量，以便將熔池的溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)。在控制金屬鑄件34和熔池的溫度時(shí)，操作水冷管84以對(duì)導(dǎo)管66進(jìn)行冷卻，以便允許顆粒材料從供應(yīng)源64以固態(tài)形式到達(dá)通道壁46內(nèi)的通道，從而阻止由于在導(dǎo)管中熔融而堵塞導(dǎo)管66。繼續(xù)參照?qǐng)D8，金屬鑄件運(yùn)動(dòng)通過密封件10以便對(duì)金屬鑄件34進(jìn)行涂覆，從而形成涂覆的金屬鑄件，已涂覆的鑄件向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入外部氣體中并位于輥100和102之間，這兩個(gè)輥以受控方式與已涂覆的金屬鑄件接合并將其向下降低。已涂覆的金屬鑄件繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)并與輥104和106接合。參照?qǐng)D9，切割機(jī)構(gòu)96于是切割已涂覆的金屬鑄件，從而形成涂覆鑄錠80形式的切割段。因此，當(dāng)已涂覆的金屬鑄件到達(dá)切割機(jī)構(gòu)96的高度時(shí)，它已被冷卻到金屬與外部氣體基本上不發(fā)生反應(yīng)的溫度。圖9顯示出處于切割位置的鑄錠80，在切割位置中，鑄錠 80已經(jīng)與金屬鑄件34的母體段108分離。然后，如圖10中的箭頭E所示，輥104和106作為一個(gè)單元從圖9所示的接收或切割位置向下朝著底板81旋轉(zhuǎn)到降低的卸載或排放位置， 在卸載或排放位置中，鑄錠80是基本水平的。然后，如箭頭F和G所示，使輥104、106轉(zhuǎn)動(dòng)以使鑄錠80 (箭頭H方向)運(yùn)動(dòng)，從而將鑄錠80從爐12中移出，從而輥104、106可返回到圖9所示位置，以用于接收另一個(gè)鑄錠段。因此，取件機(jī)構(gòu)98從圖9所示的鑄錠接收位置運(yùn)動(dòng)到圖10所示的鑄錠卸載位置以及返回到圖9所示的鑄錠接收位置，從而能夠繼續(xù)以不停歇的方式來生產(chǎn)金屬鑄件34和通過熔池對(duì)金屬鑄件進(jìn)行涂覆。現(xiàn)在參照?qǐng)D11-14來更詳細(xì)地描述本發(fā)明的、用于供給固態(tài)顆粒材料的供給機(jī)構(gòu)。參照?qǐng)D11，供給機(jī)構(gòu)包括料斗110、供給腔室112、安裝塊114和多根供料管116，該安裝塊114通常通過焊接安裝在腔室壁14上，所述多根供料管116中的每一根與冷卻裝置84 連接并通過該冷卻裝置84。圖11中顯示出所述供料管116中的四根，而圖14中顯示出全部的六根供料管。實(shí)際上，供料管的數(shù)目通常在四根至八根之間。供給機(jī)構(gòu)的這些不同元件提供了供給路徑，顆粒和固態(tài)涂層材料通過該供給路徑被供給到儲(chǔ)存器62中。料斗110、 供給腔室112和供料管116都與腔室14密封在一起，以使得在該裝置的這些元件中的每一個(gè)內(nèi)的氣體都是相同的。通常，該氣體包括氬氣或氦氣中的一種，并可以處于例如與等離子體炬的使用相關(guān)的真空。參照?qǐng)D12，料斗110包括出口，該出口通常由閥118來控制。料斗110的出口與安裝在腔室112的頂壁上的管連通，以提供進(jìn)入所述腔室的進(jìn)口 120。在料斗110與進(jìn)口 120之間的連接優(yōu)選利用環(huán)形連接器，該環(huán)形連接器可以形成為彈性體材料，該彈性體材料保持料斗110與腔室112之間的密封，并允許料斗110具有可拆卸性，以便用另外的料斗進(jìn)行替換，從而在料斗110的重新充裝過程中加快轉(zhuǎn)換過程。進(jìn)口 120供料到布置在腔室112 內(nèi)的容器或殼體124內(nèi)，該腔室112與振動(dòng)式供料盤1 連接，并從該振動(dòng)式供料盤126的進(jìn)口端128向上延伸。可變速度的振動(dòng)器130安裝在盤1 的底部，用于使所述盤振動(dòng)。供料塊132安裝在腔室112內(nèi)，并在盤126的出口端136下方限定出多個(gè)傾斜的供料孔134。 每根供料管116包括第一管段138，該第一管段138與供料塊132連接以與孔134連通。每根第一管段138與腔室112的底壁連接并貫穿該底壁延伸。每根供料管116還包括第二柔性管段140，該第二柔性管段140與第一管段138的出口端連接；以及第三管段142，該第三管段142與柔性管段140的出口端連接。柔性管段140部分地補(bǔ)償在相應(yīng)的第一管段 138和第三管段142之間的任何不對(duì)準(zhǔn)。每個(gè)管段142從第二管段140連續(xù)延伸至在端壁 46之上的出口端(圖11)。因此，塊114具有多個(gè)管段142延伸所穿過的通道。另一個(gè)振動(dòng)器144安裝在塊114的底部上，以使所述塊和管段142振動(dòng)。參照?qǐng)D13，更詳細(xì)地描述殼體IM和供料盤126。盤1 包括基本水平的底壁146 和七個(gè)溝槽壁148，在七個(gè)溝槽壁之間限定了六個(gè)溝槽150，每個(gè)溝槽從進(jìn)口端1 延伸至出口端136。盡管溝槽150的尺寸可以變化，但是在示例性實(shí)施例中，它們近似為半英寸寬和半英寸高。殼體1 包括前壁152，與該前壁連接的一對(duì)側(cè)壁IM和156 ；以及與各側(cè)壁巧4和156連接的后壁158 (圖12)。側(cè)壁巧4和156以及后壁158向下延伸以便鄰接盤 126的底壁146。然而，前壁152具有底邊緣160，該底邊緣160置于溝槽壁148的頂部，以產(chǎn)生出口開口，該出口開口均由底邊緣160、底壁146和一對(duì)相鄰的溝槽壁148界定。參照?qǐng)D14，進(jìn)一步描述冷卻環(huán)84。環(huán)84具有環(huán)形構(gòu)型，并且具有管狀結(jié)構(gòu)，該管狀結(jié)構(gòu)限定了環(huán)形通道162。環(huán)84限定了金屬鑄件通路，金屬鑄件34在鑄造工藝過程中通過該金屬鑄件通路。環(huán)84布置成相當(dāng)靠近鑄件34和壁46的頂表面164，以便在供料管 116的相應(yīng)出口端166附近提供對(duì)供料管116的冷卻?？紤]到水172通過環(huán)84進(jìn)行循環(huán)， 環(huán)84具有進(jìn)口 168和出口 170。進(jìn)口 168與水源176和泵178連通，如圖14中的相應(yīng)箭頭所示，該泵178用于將水泵送通過環(huán)84。多個(gè)孔形成于環(huán)84的側(cè)壁中，較小直徑的供料管116通過這些孔，以允許水172在供料管116的出口端166附近與供料管116直接接觸。 鄰近出口端166的每根供料管116緊鄰或鄰接壁46的頂表面164。如圖14中所示，各出口端166和端口壁46的內(nèi)表面47與金屬鑄件34的外周邊79間隔開距離D1。距離Dl通常在1/2至3/4英寸的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，不大于1英寸。爐12被構(gòu)造成具有金屬鑄件通路，該金屬鑄件通路從鑄模20的底部向下延伸并穿過儲(chǔ)存器壁46的通道。該通路具有與鑄件34的外周邊79相同的水平橫截面形狀，該鑄件；34的外周邊79與鑄模20的內(nèi)表面M的橫截面形狀基本相同。因此，距離Dl也表示從金屬鑄件通路至壁46的內(nèi)表面47的距離以及所述通路與供料管116的出口端166之間的距離。顆粒涂層材料顯示為基本球形顆粒74，它們沿供給路徑從料斗110供給到儲(chǔ)存器 62。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，鈉鈣玻璃很好地用作涂層材料，這部分地由于該玻璃呈基本球形形式的可用性。由于較長的通路(顆粒74必須沿該通路行進(jìn)，同時(shí)保持對(duì)顆粒向下游朝著儲(chǔ)存器62 流動(dòng)的控制)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用球形顆粒74非常便于通過導(dǎo)管116的供給過程，該導(dǎo)管116 以適合于保持該受控流動(dòng)的角度定位。供料管116的段142沿通常恒定的角度布置，而不管圖11中所示的示意圖如何布置。顆粒74具有在5至50網(wǎng)目范圍內(nèi)的顆粒尺寸，更通常地，在更窄的范圍內(nèi)，例如8至42網(wǎng)目；10至36網(wǎng)目、12至30網(wǎng)目、14至M網(wǎng)目，最優(yōu)選的是16至18網(wǎng)目?，F(xiàn)在參照?qǐng)D11-14來描述供給系統(tǒng)的操作。首先，料斗110填充有相當(dāng)數(shù)量的顆粒 74，且閥118定位成允許顆粒經(jīng)由進(jìn)口 120流入腔室112中的殼體124內(nèi)，如箭頭J所示， 使得殼體1 部分地填充有顆粒74。然后，以期望的振動(dòng)速率操作振動(dòng)器130，以使盤1 和顆粒74振動(dòng)，從而促進(jìn)它們沿溝槽150朝向出口端136運(yùn)動(dòng)，其中，如圖12和13中的箭頭K所示，顆粒74從盤1 上跌落，并經(jīng)由孔134進(jìn)入管段138中。如箭頭L所示，顆粒74 繼續(xù)它們的運(yùn)動(dòng)，通過管段140并進(jìn)入管段142。操作振動(dòng)器144以使塊114、管段142和通過該管段142的顆粒74振動(dòng)，從而額外地促進(jìn)它們朝向儲(chǔ)存器62的運(yùn)動(dòng)。顆粒74的球形形狀使得它們能夠滾過導(dǎo)管116并沿供給路徑的各個(gè)其它表面滾轉(zhuǎn)，從而基本促進(jìn)了它們的行進(jìn)。如圖14中所示，當(dāng)顆粒74到達(dá)端部166并從該端部離開供料管116時(shí)，這些顆粒 74完成它們沿供給路徑的行進(jìn)。顆粒74在它們通過段142行進(jìn)至熔煉腔室內(nèi)時(shí)被預(yù)加熱， 這由于它們的較小尺寸而得以加強(qiáng)。然而，顆粒74保持固態(tài)，直到它們運(yùn)動(dòng)超過端部166， 從而保證供料管116不會(huì)被熔融的涂層材料堵塞。為了保證顆粒74不會(huì)在供料管116內(nèi)鄰近出口端166處熔融和保證供料管116在該區(qū)域的整體性，操作泵178(圖14)以便將水從水源176經(jīng)由進(jìn)口 168和出口 170泵送通過環(huán)84，以使得水172與供料管116的外周邊直接接觸，供料管在該處通過環(huán)84的通道162。因此，顆粒74在離金屬鑄件34的外周邊79 一距離(該距離甚至小于距離Dl)處于固態(tài)。然而，顆粒74主要由于新形成的鑄件34輻射的熱量以及由線圈68所提供的所需的任何附加熱量而被快速地熔融。因此，顆粒74在由鑄件34的外表面79和端口壁46的內(nèi)表面47界定的熔融位置174處(因此，在金屬鑄件34的外周邊79的距離Dl內(nèi))被熔融。在圖15-20中顯示出本發(fā)明的另一方面，并且涉及在鑄錠周圍提供密封件以阻止氣體在連鑄過程的初始啟動(dòng)期間從外界大氣進(jìn)入熔煉腔室。為此，本發(fā)明的爐包括真空密封組件180，該真空密封組件包括剛性通道壁或套圈182，其通常由金屬形成并且限定出通道184，該通道具有與爐外部的周圍大氣連通的下部出口端186和與通道48連通的上部入口端188，由此通道184和48形成單條通道。套圈182具有內(nèi)周邊189，該內(nèi)周邊限定出通道184，并且在示例性實(shí)施例中是基本上圓柱形的，盡管它可以具有任意合適的形狀。通常呈彈性體0形環(huán)190和192形式的上部和下部的高溫聚合物基的密封環(huán)以及陶瓷編織套筒 194沿著通道184設(shè)置，從而在環(huán)形溝槽196A-C內(nèi)分別提供了三個(gè)柔性、可拆卸的環(huán)形密封構(gòu)件，該環(huán)形溝槽196A-C形成于套圈182中并且從內(nèi)周邊189向外延伸。在示例性實(shí)施例中的0形環(huán)190和192由高溫硅樹脂材料形成。一般可得到的其它合適的密封環(huán)包括丁納橡膠或氟橡膠(viton)環(huán)。每個(gè)0形環(huán)190和192從內(nèi)周邊189徑向向內(nèi)延伸，并且具有限定出0形環(huán)通道200的內(nèi)周邊198。同樣，陶瓷編織套筒194從內(nèi)周邊189徑向向內(nèi)延伸， 并且具有限定出套筒通道204的內(nèi)周邊202。通道200和204的橫截面形狀與由凸緣M的內(nèi)周邊限定的較窄段60的形狀以及由鑄模通道或空腔的內(nèi)表面M限定的鑄模通道或空腔 26的形狀基本上相同。通道200和204的橫截面形狀略小于鑄模22的空腔沈的形狀，并且也小于較窄段60的形狀，如前面所指出的一樣，較窄段60的形狀略大于空腔沈的形狀。 下部0形環(huán)192向下與上部0形環(huán)190間隔開，以使得通道184包括第一通道段206，該第一通道段從上部0形環(huán)190的底部延伸至下部0形環(huán)192的頂部。同樣，陶瓷編織套筒194 向下與下部0形環(huán)192間隔開，以使得通道184包括第二通道段208，該第二通道段從0形環(huán)192的底表面延伸至套筒194的頂表面。在套圈182中形成有從其外表面延伸至內(nèi)周邊 189的上部氣體入口 210和下部氣體入口 212。端口 210和212與通道184流體連通并且經(jīng)由氣體管道216與惰性氣體供應(yīng)源214流體連通，氣體管道連接在端口 210和212與惰性氣體供應(yīng)源214之間并且在它們之間延伸。供應(yīng)源214包括用于在較低但是超過環(huán)境大氣壓并且因此超過爐外部的周圍反應(yīng)性氣體壓力的壓力下從供應(yīng)源214經(jīng)由導(dǎo)管216提供惰性氣體的裝置。因此，氣體供應(yīng)源214可以包括通過空氣壓縮機(jī)等適當(dāng)加壓的低壓泵或罐。氣體供應(yīng)源214也經(jīng)由供氣管道218與熔煉腔室16連通。真空機(jī)構(gòu)220也設(shè)置在熔煉腔室16外部，并且經(jīng)由氣體管道222與熔煉腔室連通，以用于將腔室16抽真空?，F(xiàn)在參照?qǐng)D18-20來描述在初始啟動(dòng)期間對(duì)爐12的操作。首先參照?qǐng)D18，將機(jī)加工的引錠器鑄錠頭(starter ingot stub) 2 沿著金屬鑄造路徑向上(箭頭N)插入穿過通道184 (由陶瓷編織套筒194以及0形環(huán)190和192限定的通道)、通道48 (由冷卻環(huán)84 和加熱線圈82包圍的通道)并且進(jìn)入鑄模22的空腔沈中。引錠器錠頭2M被機(jī)加工成使得其橫截面形狀與空腔26的形狀相同，并且僅很小程度地比空腔沈小，從而當(dāng)引錠器錠頭在空腔中向上滑動(dòng)時(shí)在空腔沈內(nèi)形成合理的滑動(dòng)配合。輥?zhàn)?00和102如在圖18中的箭頭0處所示地操作，以便實(shí)現(xiàn)引錠器錠頭224的向上運(yùn)動(dòng)。一旦已經(jīng)以這種方式將引錠器錠頭2 插入，則0形環(huán)190和192圍繞著錠頭224的外周邊形成氣密密封。一旦將引錠器錠頭2 如圖18所示地插入，則經(jīng)由管道216以及入口 210和212將來自供氣源214 的低壓惰性氣體供給至通道184的段206和208。更特別地，惰性氣體運(yùn)動(dòng)進(jìn)入管段206 和208的相應(yīng)環(huán)形部分中，這些段在其前面所述的插入之后包圍著引錠器錠頭224的外周邊。更特別地，惰性氣體運(yùn)動(dòng)進(jìn)入的段206的環(huán)形部分被限定在上部0形環(huán)190、下部0形環(huán)192、引錠器錠頭224的外周邊(或金屬鑄造路徑)和通道壁內(nèi)周邊189之間。同樣，惰性氣體運(yùn)動(dòng)進(jìn)入的段208的環(huán)形部分被限定在0形環(huán)192的底部、環(huán)形套筒194的頂部、引錠器錠頭224的外周邊(或者金屬鑄造路徑)和通道壁內(nèi)周邊189之間。0形環(huán)190和192的通道200的橫截面形狀在引錠器錠頭2 插入之前與引錠器錠頭224的橫截面形狀基本上相同并且略小一些。0形環(huán)190和192的彈性可壓縮特性允許它們隨著引錠器錠頭2M插入而稍微膨脹，以便與錠頭2M的橫截面尺寸匹配，并且提供前面所述的氣密密封。0形環(huán)190和192由對(duì)于惰性氣體而言不可透過的材料形成。套筒 194的橫截面形狀與引錠器錠頭224的橫截面形狀幾乎相同，但是它不提供氣密密封，它通常確實(shí)消除了可從套筒194 一側(cè)向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)的大部分氣體。因此，它基本上減少了否則從通道184的段208流入到外面大氣中的惰性氣體。套筒194由可允許惰性氣體透過的材料形成。因此，在套筒194的內(nèi)周邊與引錠器錠頭224的外周邊之間并且還有在套筒194 的外周邊與通道壁內(nèi)周邊189之間，惰性氣體可以通過穿過由形成套筒194的這種材料的孔隙而從空間208的環(huán)形部分排到套筒194的另一側(cè)。一旦在引錠器錠頭224與0形環(huán)190和192之間形成了氣密密封，則操作真空機(jī)構(gòu)220以便從熔煉腔室16中將空氣抽空。通常，將熔煉腔室16抽空至低于100毫托的基礎(chǔ)水平，并且泄漏速度在三分鐘之內(nèi)小于30毫托。由0形環(huán)提供的密封能夠?qū)崿F(xiàn)這種情況。 盡管0形環(huán)190和192被構(gòu)造成在腔室16內(nèi)的氣體處于大氣壓或處于真空時(shí)提供氣密密封或者基本上氣密密封，但是腔室16內(nèi)的壓力明顯降低可使得氣體能夠在引錠器錠頭2M 與0形環(huán)190和192之間或者在內(nèi)周邊189和所述0形環(huán)之間泄漏到腔室16中。因此，提供給通道184的惰性氣體用來只是允許惰性氣體通過該可能的泄漏位置進(jìn)入熔煉腔室16， 因此不允許任何空氣在引錠器錠頭2M周圍從外面大氣進(jìn)入熔煉腔室16。在熔煉腔室被抽空并且被檢查以確保泄漏速度被限制在可接受水平之后，爐于是經(jīng)由管道218從供應(yīng)源214回填充惰性氣體。熔煉腔室16被監(jiān)控以確保氧氣和水分的濃度足夠低以阻止污染。如果這些濃度滿足質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，則熔煉爐床等離子炬觀被點(diǎn)火或點(diǎn)燃以形成等離子體羽流226，從而開始加熱和熔融熔煉爐床18內(nèi)的固體供給材料，該材料將用來形成金屬鑄錠。然后給電感線圈68和82供電以便分別對(duì)通道壁46和引錠器錠頭2M進(jìn)行感應(yīng)加熱。熱傳感器86和90用來分別監(jiān)控和控制對(duì)引錠器錠頭2M和通道壁48預(yù)加熱的溫度。盡管確切溫度可能隨著具體情況而變化，但是在該示例性實(shí)施例中，引錠器錠頭244 被預(yù)加熱至大約2000° F，而儲(chǔ)存器通道壁46被預(yù)加熱至大約1700° F至1800° F的溫度。鑄模等離子炬30也被點(diǎn)火或點(diǎn)燃以形成其等離子體羽流226，以用于加熱引錠器錠頭 224的頂部。炬30可以用在引錠器錠頭2M的預(yù)加熱過程中。另外，炬30用來使引錠器錠頭224的頂部部分熔融，之后，從爐床18將熔融金屬72澆注到鑄模20中以開始鑄造金屬鑄件34，從而錠頭2M和鑄件34 —起形成鑄錠。如圖19所示，使輥?zhàn)?00和102旋轉(zhuǎn)(箭頭P)以使(箭頭Q)引錠器錠頭2 和金屬鑄件34降低，該金屬鑄件在將熔融材料72澆注到鑄模22中時(shí)在引錠器錠頭頂部形成并且在鑄模中固化。在整個(gè)過程中，惰性氣體被連續(xù)地從供應(yīng)源214供給到通道184中，從而確保外部大氣(諸如氧氣和氮?dú)?不會(huì)進(jìn)入熔煉腔室16。如圖20所示，引錠器錠頭2M和金屬鑄件34被降低，直到通常鑄錠的最熱區(qū)域 (其可以為引錠器錠頭2M和/或金屬鑄件34的一部分)到達(dá)儲(chǔ)存器62，這時(shí)，使輥?zhàn)?00 和102停止以停止鑄錠的運(yùn)動(dòng)。在鑄錠停止期間，如前面參照?qǐng)D11-14所述的一樣，涂覆材料顆粒74被供送到儲(chǔ)存器62中。在大約一分鐘內(nèi)，將顆粒74供送到儲(chǔ)存器62中至合適的水平。通常，這只需要大約另一分鐘來使顆粒74熔融以便在儲(chǔ)存器62內(nèi)形成如前所述的熔融密封。因此，鑄錠的降低通常只停止大約這兩分鐘時(shí)間段，以允許顆粒74在儲(chǔ)存器 62內(nèi)的初始填充和熔融。雖然可能需要讓鑄錠停止更長時(shí)間，但是該時(shí)間在再一次開始將鑄錠抽出之前通常不大約5分鐘。為了形成足夠量的熔融材料以提供熔融密封，需要該停止時(shí)間。也就是說，在沒有該停止時(shí)期的情況下繼續(xù)抽出鑄錠不允許有足夠的時(shí)間來增大所需的熔融材料體積以形成熔融密封，這是因?yàn)闃?gòu)成密封的涂覆材料將以一速度退出儲(chǔ)存器的底部，該速度太快以致于不允許在儲(chǔ)存器62內(nèi)足夠地增加熔融材料。如上所述，但是該停止時(shí)期在持續(xù)時(shí)間方面受到限制，以便確保有足夠的來自金屬鑄件34的熱能來使顆粒74熔融并且將熔融密封保持在熔融狀態(tài)中。當(dāng)在該停止時(shí)期之后最初抽出引錠器錠頭和金屬鑄件34時(shí)，抽出速度較慢，并且通常小于0.1英寸/分鐘。鑄錠以該較慢的速度降低通常進(jìn)行大約10分鐘。采用這種較慢的抽出速度與上述指出的保持來自金屬鑄件的足夠熱能以使顆粒74熔融并且將它們保持在熔融狀態(tài)中的需求相關(guān)。一旦形成熔融密封，則不再需要0形環(huán)190和192來提供用于阻止外部大氣進(jìn)入熔煉腔室16的密封，并且因此不再需要將惰性氣體提供到通道184中。 因此，一旦形成熔融密封，則停止惰性氣體進(jìn)入通道184中的運(yùn)動(dòng)。一旦該較慢的鑄錠抽出結(jié)束，則將鑄錠抽出速度加速至通常大于1英寸/分鐘的速度，通常的最大速度為大約3. 0 英寸/分鐘。在鑄錠被降低時(shí)，以足夠大的速度供給顆粒74以將儲(chǔ)存器62內(nèi)的熔融密封保持在合適的水平。顆粒74的供給速度與抽出組件34的線性速度相關(guān)，以便在整個(gè)過程中將形成熔融密封的熔融材料的體積保持基本上相同水平，盡管存在一些變化余地，只要保持
15熔融密封即可。更特別地，對(duì)于在金屬鑄件周圍形成涂層，金屬鑄件34的較快抽出速度使用來自熔融密封的熔融材料較快并且因此需要顆粒74的供給速度較快，而較慢的抽出速度使用來自熔融密封的熔融材料較慢并且因此需要顆粒74的供給速度較慢以保持熔融密封。剩余的鑄造過程也以受控的速度進(jìn)行，并且因此固態(tài)供給材料根據(jù)需要被供給到熔煉爐床18中并且在爐床中熔融，以便以期望的速度將熔融材料澆注到連鑄鑄模中。如之前所述一樣進(jìn)行金屬鑄件34的鑄造和經(jīng)由熔融密封將涂覆材料涂覆至金屬鑄件的外周邊。在整個(gè)鑄造活動(dòng)完成時(shí)(這可以很容易地持續(xù)6或7天或更長時(shí)間)，0形環(huán)190 和192以及陶瓷編織套筒194被去除并且被更換，以便建立用于新的連鑄活動(dòng)的爐。盡管本發(fā)明的0形環(huán)用于在啟動(dòng)過程期間所涉及的高溫下的暫時(shí)操作以提供所需的密封直到形成熔融密封，但是它們不適用于長期得連鑄作業(yè)，因此將惡化到它們需要被更換以用于隨后鑄造的初始啟動(dòng)的程度。實(shí)際上，密封環(huán)190和192通常僅提供小于1個(gè)小時(shí)的所需密封，通常是大約1/2小時(shí)。雖然陶瓷編織套筒194被構(gòu)造成更長時(shí)間地用于甚至更高溫度的應(yīng)用(例如超過2000° F)，但是在設(shè)定用于新的鑄造作業(yè)之前需要對(duì)其進(jìn)行更換。盡管陶瓷編織套筒194可另外地持續(xù)時(shí)間更長，但是與涂覆至金屬鑄件34外周邊的涂層的反應(yīng)使陶瓷編織套筒194退化至需要對(duì)其更換的程度。要指出的是，熔融密封中的熔融材料的體積較少，并且通常在前面所述的停止時(shí)期內(nèi)只是能夠被熔融，在該停止時(shí)期內(nèi)，使鑄錠停止以將顆粒74供給到儲(chǔ)存器62中并且將它們?nèi)廴谝孕纬扇廴诿芊?。將熔融材料的體積和熔融密封保持到相對(duì)最小的一個(gè)原因在于限制用來為該熔融過程提供所需溫度的能量的量。另外，在爐子需要以受控方式停用時(shí)，最小體積是有利的。爐子的停用涉及切斷顆粒74沿著顆粒供給路徑向儲(chǔ)存器62的流動(dòng)。使顆粒74停止流入儲(chǔ)存器62中可以幾乎立即或者在較少的幾秒鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)，以便快速地達(dá)到不增加儲(chǔ)存器62內(nèi)的熔融材料體積的狀態(tài)。爐子的停用顯然還包括停止將另外的熔融材料澆注到鑄模22中。金屬鑄件34相對(duì)快速地被降低，以便確保在儲(chǔ)存器62內(nèi)形成熔融密封的熔融材料在完成從儲(chǔ)存器中去除鑄錠之前不會(huì)固化。因此，金屬鑄件34在該停用過程期間經(jīng)過儲(chǔ)存器62的那部分的溫度不應(yīng)該降低至低于顆粒74的熔融溫度。在該示例性實(shí)施例中，該溫度為大約1400° F，這是通常用于制造顆粒74的玻璃顆粒的大致熔融溫度。但是，該溫度顯然將根據(jù)什么材料用于形成顆粒74而改變。在金屬鑄件34的這部分沒有降低至低于所述熔融溫度時(shí)，則金屬鑄件將沿著形成儲(chǔ)存器62的底部的環(huán)形凸緣粘附并且有效地將其自身焊接至通道46。爐子因此需要相當(dāng)長的時(shí)間來進(jìn)行修理和從爐子中去除鑄錠。要指出的是，可以采用可替代的啟動(dòng)組件以阻止外界空氣在形成熔融密封之前進(jìn)入熔融腔室中。但是，這種啟動(dòng)組件比上述的組件更復(fù)雜并且存在其自身的問題。更特別地，下部密封腔室可以形成在熔煉腔室下面，該熔煉腔室包括剛性壁或門，可以將其關(guān)閉以形成下部腔室的密封條件，和將其打開或去除以打開下部腔室與外部大氣之間的連通。這種構(gòu)造將需要更大的環(huán)形密封構(gòu)件，該更大的環(huán)形密封構(gòu)件將不接觸鑄錠的外周邊，而是接觸門和其它剛性壁(諸如熔煉腔室或從熔煉腔室向下延伸的剛性結(jié)構(gòu))并且在門和其它剛性壁之間形成氣密密封。這種啟動(dòng)組件因此需要在形成熔融密封之前將熔煉腔室和下部腔室兩者都抽空，然后回填惰性氣體。一旦形成了與這種啟動(dòng)裝置一起使用的熔融密封，則可以通過打開門以破壞初始密封而使密封腔室可通向外部大氣。為了使用熔融密封來對(duì)鑄錠進(jìn)行連鑄，因此門將不得不運(yùn)動(dòng)離開在熔煉腔室下面延伸的金屬鑄造路徑。雖然可以應(yīng)用這種啟動(dòng)組件，但是與使用真空密封組件180相比，它相對(duì)笨重并且需要相當(dāng)多的附加結(jié)構(gòu)。這種下部腔室的使用可趨于使處理過程變慢，這在如上所述的將金屬鑄件保持在所期望的用于熔融涂覆材料顆粒的溫度下時(shí)會(huì)有問題。雖然下部腔室可以制造得相當(dāng)大以使與使鑄錠的抽出變慢相關(guān)的問題最小，但是這樣做將增加所需的下部腔室的長度。另外，下部腔室的尺寸需要足夠大以容納降低機(jī)構(gòu)(諸如輥?zhàn)?00和102)，以便控制引錠器錠頭的插入以及鑄錠的抽出。真空密封組件180的使用消除了這些問題，以及消除了為了形成這種啟動(dòng)組件所需的各個(gè)結(jié)構(gòu)和下部腔室。因此，爐12提供了一種用于連續(xù)鑄造和保護(hù)金屬鑄件的簡單裝置，該金屬鑄件在熱的時(shí)候與外部氣體發(fā)生反應(yīng)，以使得顯著地提高生產(chǎn)率和顯著地改善最終產(chǎn)品的質(zhì)量。在前述說明中，為了簡要、清楚、易于理解已經(jīng)使用了一些術(shù)語。由于這些術(shù)語用于說明性目的，所以，對(duì)這些術(shù)語的必要限定并不意味著超出現(xiàn)有技術(shù)的需求，而是旨在作寬泛的解釋。而且，本發(fā)明的描述和說明是示例性的，本發(fā)明并不限于所示或所述的確切細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種方法，所述方法包括下述步驟將間隔開的環(huán)形的第一密封構(gòu)件和第二密封構(gòu)件設(shè)置成鄰接通道壁內(nèi)周邊并且從所述通道壁內(nèi)周邊向內(nèi)徑向延伸，所述通道壁內(nèi)周邊限定出一通道，所述通道與包含有連鑄鑄模的內(nèi)部腔室連通并且與內(nèi)部腔室外面的大氣連通，所述通道包括位于鑄模與密封構(gòu)件之間的熔融密封儲(chǔ)存器；將鑄錠引錠器錠頭通過密封構(gòu)件和熔融密封儲(chǔ)存器插入內(nèi)部腔室中，以使得錠頭的上端設(shè)置在鑄模中，并且所述密封構(gòu)件中的每一個(gè)與引錠器錠頭的外周邊鄰接，以使得所述密封構(gòu)件中的至少一個(gè)與引錠器錠頭的外周邊形成基本上氣密密封；以及使惰性氣體運(yùn)動(dòng)進(jìn)入限定在所述密封構(gòu)件、引錠器錠頭的外周邊和通道壁內(nèi)周邊之間的第一空間。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述密封構(gòu)件中的一個(gè)由陶瓷編織材料形成。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括將惰性氣體通過所述陶瓷編織材料從第一空間排放到外部大氣中的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述插入步驟包括下述步驟將鑄錠引錠器錠頭插入穿過密封構(gòu)件，以使得密封構(gòu)件中的每一個(gè)與引錠器錠頭的外周邊形成基本上氣密密封。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述插入步驟包括下述步驟將鑄錠引錠器錠頭插入穿過密封構(gòu)件，以使得第一密封構(gòu)件與引錠器錠頭的外周邊形成基本上氣密密封，而第二密封構(gòu)件與引錠器錠頭的外周邊沒有形成氣密密封；以及還包括使惰性氣體在第二密封構(gòu)件和引錠器錠頭的外周邊之間從第一空間中運(yùn)動(dòng)的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二密封構(gòu)件由能夠使惰性氣體透過的材料形成；并且還包括使惰性氣體從第一空間運(yùn)動(dòng)穿過形成第二密封構(gòu)件的材料的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述運(yùn)動(dòng)步驟包括使惰性氣體在超過內(nèi)部腔室外部的周圍大氣壓力的壓力下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入第一空間。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述設(shè)置步驟包括將第三環(huán)形密封構(gòu)件設(shè)置在通道內(nèi)，以使得第一密封構(gòu)件和第二密封構(gòu)件位于儲(chǔ)存器和第三密封構(gòu)件之間，并且第二密封構(gòu)件位于第一密封構(gòu)件和第三密封構(gòu)件之間；并且所述插入步驟包括將引錠器錠頭插入穿過第三密封構(gòu)件，以使得第三密封構(gòu)件與引錠器錠頭的外周邊鄰接。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括使惰性氣體運(yùn)動(dòng)進(jìn)入第二空間中的步驟，所述第二空間限定在第二密封構(gòu)件和第三密封構(gòu)件、引錠器錠頭的外周邊和通道壁內(nèi)周邊之間。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括將惰性氣體通過第三密封構(gòu)件從第二空間排放到周圍大氣中的步驟。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第三密封構(gòu)件由陶瓷編織材料形成。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中第一密封構(gòu)件和第二密封構(gòu)件中的每一個(gè)由聚合物基材料形成。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在插入步驟之后從內(nèi)部腔室抽空空氣的步驟。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括用惰性氣體回填抽空的內(nèi)部腔室的步驟。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括將熔融金屬澆注到位于引錠器錠頭頂部的鑄模中，以開始在引錠器錠頭頂部形成加熱的金屬鑄件，由此金屬鑄件和引錠器錠頭一起形成鑄錠。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括下述步驟將固體顆粒材料傳送到熔融密封儲(chǔ)存器中；并且使顆粒材料在儲(chǔ)存器中熔融以在鑄錠的外周邊周圍形成熔融密封。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中在鑄錠沒有通過通道抽出時(shí)進(jìn)行所述傳送和熔融的步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括下述步驟在第一時(shí)間段，將鑄錠通過通道抽出；并且在隨后的第二時(shí)間段，停止通過通道抽出鑄錠；并且其中在第二時(shí)間段期間進(jìn)行所述傳送和熔融的步驟。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第二時(shí)間段具有至少1分鐘的持續(xù)時(shí)間。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第二時(shí)間段具有不多于5分鐘的持續(xù)時(shí)間。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在第二時(shí)間段結(jié)束時(shí)在第三時(shí)間段以小于1.0 英寸/分鐘的速度重新開始抽出鑄錠。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括在第三時(shí)間段結(jié)束時(shí)在第四時(shí)間段使鑄錠的抽出加速至大于1. 0英寸/分鐘的速度。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中在所述第四時(shí)間段期間的抽出速度不大于3.0英寸/分鐘。
24.一種方法，所述方法包括下述步驟將環(huán)形的密封構(gòu)件設(shè)置成鄰接通道壁內(nèi)周邊并且從所述通道壁內(nèi)周邊向內(nèi)徑向延伸， 所述通道壁內(nèi)周邊限定出一通道，所述通道與包含有連鑄鑄模的內(nèi)部腔室連通并且與內(nèi)部腔室外面的大氣連通，所述通道包括位于鑄模和密封構(gòu)件之間的熔融密封儲(chǔ)存器；將鑄錠引錠器錠頭通過密封構(gòu)件和熔融密封儲(chǔ)存器插入內(nèi)部腔室中，以使得錠頭的上端設(shè)置在鑄模中，并且密封構(gòu)件與引錠器錠頭的外周邊鄰接，并且與引錠器錠頭的外周邊形成基本上氣密密封，以阻止外部大氣經(jīng)由通道進(jìn)入內(nèi)部腔室中；在所述插入步驟之后從內(nèi)部腔室中將空氣抽空；用惰性氣體回填抽空的內(nèi)部腔室；將熔融金屬澆注到位于引錠器錠頭頂部的鑄模中，以便開始在引錠器錠頭頂部形成加熱的金屬鑄件，由此金屬鑄件和引錠器錠頭一起形成鑄錠；以及在鑄錠的外周邊周圍、在儲(chǔ)存器內(nèi)形成熔融密封，這阻止了外部大氣經(jīng)由通道進(jìn)入內(nèi)部腔室中，由此密封構(gòu)件和引錠器錠頭的外周邊之間的密封不再需要用于阻止外部大氣經(jīng)由通道進(jìn)入內(nèi)部腔室中。
25.一種爐子，所述爐子包括內(nèi)部腔室；在內(nèi)部腔室內(nèi)的連鑄鑄模；通道壁，所述通道壁內(nèi)周邊限定出與內(nèi)部腔室連通并且與內(nèi)部腔室外面的大氣連通的通道；金屬鑄造路徑，所述金屬鑄造路徑從鑄模延伸穿過通道，并且被構(gòu)造用于使加熱的金屬鑄件通過該金屬鑄造路徑從內(nèi)部腔室運(yùn)動(dòng)至外部大氣；間隔開的第一環(huán)形密封構(gòu)件和第二環(huán)形密封構(gòu)件，所述第一環(huán)形密封構(gòu)件和第二環(huán)形密封構(gòu)件能拆卸地設(shè)置在通道內(nèi)；所述密封構(gòu)件中的每一個(gè)具有內(nèi)周邊，所述內(nèi)周邊限定出橫截面形狀，內(nèi)周邊與金屬鑄造路徑的橫截面形狀基本上相同并且尺寸大約相同；限定在第一環(huán)形密封構(gòu)件和第二環(huán)形密封構(gòu)件、金屬鑄造路徑的外周邊和通道壁內(nèi)周邊之間的第一空間；以及與第一空間流體連通的惰性氣體源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于生產(chǎn)金屬鑄錠的連鑄爐，該連鑄爐包括用來阻止外部大氣進(jìn)入熔煉腔室中的熔融密封。啟動(dòng)密封組件使得能夠形成初始密封以阻止外部大氣在形成熔融密封之前進(jìn)入熔煉腔室中。
文檔編號(hào)B22D11/00GK102159345SQ200980132690
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者K-O·余, M·P·雅克 申請(qǐng)人:Rti國際金屬公司